6.详说曲线钢箱梁建模计算（六）温度梯度取值讨论

前言

无论是钢箱梁第一体系的计算还是横向计算都离不开温度梯度的取值，但由于目前国内规范并没有钢箱梁温度梯度的相关规范，本文对各国规范进行了总结并结合实际项目对进行了计算提出了个人看法，仅供大家参考。

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钢箱梁温度梯度的成因

钢结构桥梁处于复杂自然环境中,其温度将随太阳辐射和气温的影响而变化。由于钢箱梁导热性能好,钢箱梁表面温度变化趋势基本跟大气温度步调一致，但是由于钢箱梁结构尺寸、桥位走向和太阳辐射角度等因素造成钢箱梁各表面吸收的太阳辐射是不一样的。如面板直接吸收太阳辐射，温度变化幅度大，但是底板主要依靠太阳散射辐射、结构内部热传导以及热流交换等进行升温，温度变化幅度小。由此导致钢箱梁截面在竖向形成较大的温差，称为温度梯度。温度梯度引起的温度应力可能会对桥梁结构安全性造成影响，因此，在桥梁设计计算时，选取合理的温度梯度模式，是获得正确的温度应力的前提。

  有观点认为，由于钢箱梁导热性能比较好，当钢箱梁面板升温时，将迅速传到热量致使整个钢箱梁温度升高，顶、底板温差不大，更接近整体升降温，基本不存在温度梯度一说。

  但根据大量实测数据表明，钢箱梁梯度温度作用还是很明显的，这是由于钢箱梁由于密闭空间，当桥面板温度高于梁底板温度时，热空气在上部，导致无法进行有效的自然对流，因而能长时间的维持较大的面板和底板温差。

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影响温度梯度的因素

桥梁结构日照温度梯度曲线变化影响因素较多，一般来说，主要有以下几点因素：

铺装类型：水泥混凝土铺装层的桥梁结构的日照温差比采用沥青混凝土铺装层的温差要大；

纬度：处于低纬度的桥梁结构要比高纬度桥梁结构的日照温差要大；

断面形式：常规的带悬臂的结构，由于悬臂的遮挡箱梁侧面一般不会受到太阳直射，因此一般存在横向温度梯度，反之则存在。

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不同规范的钢箱梁温度梯度规定

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美国规范AASHTO LRFD

美国规范没有针对钢箱梁的竖向温度梯度规定。对带混凝土桥面板的钢主梁桥，如钢箱梁或钢板梁–混凝土桥面板组合主梁,规范给出的竖向正温度梯度分布为多折线模式。该规范不考虑铺装类型以及铺装厚度的影响。但根据不同地区进行了分类。

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中国规范JTGD60-2015

中国现行的《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015的温度梯度是参考美国规范进而得到的，因此《通规》中的温度梯度荷载也只适用于混凝梁和带桥面板的钢梁，并没有给出钢箱梁的温度梯度加载。但《通规》考虑了铺装类型和铺装厚度的影响。

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英国规范BS5400

  英国规范则明确给出了钢箱梁温度梯度按照多折线模型，对桥面铺装40mm的钢桥面板钢箱梁，其温度梯度模式如下图：

对于40mm以下铺装的温度梯度则按照下图选用，但40mm以上的温度梯度则并无规定。

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项目实例

因此目前国内工程师通常均采用英国规范BS5400中的温度梯度进行计算，由前述讨论可以看出，温度梯度的数值大小与钢箱梁铺装的类型和厚度关系最为密切，目前国内有各种形式的钢桥面铺装，采用不同材料和不同分层形成性能不同的桥面铺装，文章Q11：钢桥面铺装如何选择？详细总结了各种钢桥面铺装，感兴趣的可以点击查看。

  本项目桥面铺装采用在钢桥面板焊接栓钉然后铺设12cm的C40混凝土，形成组合桥面结构，最后铺设10cm沥青铺装。我们发现《英国规范》的取值过于保守，而采用《通规》的话，我们计算时一般偏安全的不考虑该混凝土层的影响，钢箱梁就不存在温度梯度一说，变成整体温度了。

因此笔者建议实际工程采用《英国规范》的温度梯度模式，同时结合《通规》应适当降低温度峰值，参考规范规定及相关文献实测结果和研究，笔者建议将按照英国规范中温度梯度值改为∆T1=17,∆T2=13,∆T3=7,∆T4=3进行加载。不同温度模式计算如下图所示。

汽车偏载支反力（单位kN）

梯度升温支反力（英国规范）（单位kN）

梯度升温支反力（本文建议模式）（单位kN）